دسته: فیزیک

در حال حاضرتولید انرژي الکتریکی در دنيا به مقدار زيادي بر ذغال سنگ، نفت و گاز طبيعي تكيه دارد. سوخت هاي فسيلي تجديد ناپذيرند، آنها بر منابع محدودی كه رفته رفته به پايان  مي رسند ، بنا شده اند. 

در مقابل انرژيهای تجديد پذير مانند باد و انرژي خورشيدي، پيوسته جايگزين مي شود و هيچ گاه به پايان نمي رسند. اغلب انرژي هاي تجديد پذير به دو صورت مستقيم يا غير مستقيم از خورشيد ناشي مي شوند. 

نور خورشيد يا همان انرژي خورشيدي، مي تواند براي گرم كردن و روشنايي خانه ها و ساير ساختمان ها، براي توليد الكتريسيته، براي آب گرم كردن، گرم کن هاي خورشيدي و انواع كاربردهاي اقتصادي و صنعتي مستقيماً استفاده  می شود. 

همچنين گرماي خوشيد موجب وزش باد مي شود؛ همان انرژي اي كه توسط توربين هاي بادي گرفته مي شود؛ سپس بادها و گرماي خورشيد باعث تبخير آب مي شوند. وقتي اين بخار آب به باران يا برف تبديل مي شود و از سرازيرها به رودخانه ها و مسيرهاي آب هدايت مي شود، انرژي آن مي تواند گرفته شده و از توان هيدرو الكتريكي آن استفاده شود. 

همراه با باران و برف، نور خورشيد باعث مي شود گياهان رشد كنند، ماده اي كه آن گياهان را مي سازد، به عنوان توده زنده يا زيست توده مي شناسيم. 

بيومس مي تواند به منظور توليد الكتريسيته، سوخت هاي حمل و نقل يا موارد شيميايي استفاده شود. كاربرد بيومس براي هر يك از اين اهداف، انرژي بيومس ناميده مي شود. 

هيدروژن نيز مي تواند در بسياري از تركيبات اصلي، مثل آب، يافت شود. هيدروژن فراوان ترين عنصر روي زمين است، اما بصورت يك گاز طبيعي موجود نيست. هيدروژن هميشه با ديگر عناصر تركيب شده است، مثل تركيبش با اكسيژن براي ساخت آب. وقتي هيدروژن از عنصر تركيبي اش جدا شود مي تواند بعنوان سوخت مورد استفاده قرار گيرد. 

تمام منابع انرژي تجديد پذير از خورشيد ناشي نمي شوند. انرژي زمين گرمايي دريچه گرماي درون زمين براي كاربردهاي متنوع شامل: توليد توان الكتريكي و گرم و سرد كردن ساختمان هاست، و انرژي جزر و مد اقيانوس ها از نيروي كشش ماه و خورشيد بر روي زمین ناشي مي شود. 

در حقيقت، انرژي اقيانوس از منابع متعددي ناشي مي شود. علاوه بر انرژي جزر و مد، انرژي امواج اقيانوس بوسيله هر دو انرژي جزر و مد و باد، بوجود مي آيد. هم چنين خورشيد بيش از آنكه عمق اقيانوس را گرم كند. سطح آنرا گرم مي كند، ايجاد يك اختلاف دما مي تواند بعنوان يك منبع انرژي بكار گرفته شود. تمامي اشكال انرژي اقيانوسي مي تواند براي توليد الكتريسيته اعمال شود. 

هانري بكرل، دانشمند فرانسوي، زماني كه مشغول تحقيق بر روي مواد داراي خاصيت فسفرسانس بود متوجه شد كه تاثير نور مرئي و سنگ معدن اورانيوم(سولفات پتاسيم اورانيوم)برروي يك فيلم عكاسي بسته بندي شده همانند است( بعدها مشخص شد كه سنگ معدن اورانيوم از خود پرتوهاي آلفا و گاما گسيل كرده و چون پرتوهاي گاما همان پرتوهاي X پرانرژي هستند و از جنس نور يا امواج الكترومغناطيسي اند، بنابر اين اورانيوم، چنين تاثيري بر روي فيلم عكاسي بسته بندي شده وي گذاشته)، در همين حين ماري كوري خاصيت پرتوزايي را كشف كرد و با تعداد محدودي ماده پرتوزا مانند پولونيم(فلز ضعيف) و راديم(فلز قليايي خاكي) آشنا گرديد و نام هاي كنوني چون راديواكتيو(پرتوزا) يا راديواكتيويته(پرتوزايي) را وي برگزيد ومنتشر ساخت، در آن زمان، اطلاعات بشر در مورد اين مواد بسيار كم بود و رادرفورد در پي اكتشافات تازه اي درمورد اين مبحث نوين بود. 

ارنست رادرفورد در سال 1895 به “آزمایشگاه کاونديش” دانشگاه کمبريج آمد تا در آنجا تحت مديريت “جی.جی امسون” مشغول به کار شود، تامسون که استاد فيزيک تجربی بود، رادرفورد را فعالانه در آزمايشگاه به کار گرفت، رادرفورد در اوايل کار تحقيقاتی خود با انجام آزمايشي که فکر آن از خود وی بود دو تابش راديواكتيو ناهمانند شناسايي کرد، او پی برد که بخشی از تابش با برگه ای به ضخامت يك پانصدم سانتی متر قابل ايستادن بود اما برای متوقف کردن بخش ديگر برگه های بس ضخيم تری لازم بود. او اولين اشعه ای را که تابشی با بار الکتريکی مثبت و يونيزه کننده ای قوی بود و به سهولت در مواد جذب می شد اشعه آلفا نام داد. اشعه دوم را که تابشی با بار الکتريکی منفی بود و تشعشع کمتری ايجاد می کرد اما قابليت نفوذ آن در مواد زياد بود را اشعه بتا ناميد. تابش نوع سومی که شبيه پرتوهای ايکس بود، در سال 1900 بوسيله پل اوريچ ويلارد (فيزیکدان فرانسوی) کشف شد، اين پرتو نافذترين تابش را داشت. طول موج آن بسيار کوتاه و فرکانس آن فوق العاده زياد بود تابش جديد، پرتو گاما نام گرفت. رادرفورد و همکارانش کشف کردند که فعاليت تشعشعی طبيعی مشهود در اورانيوم: فرآيند خروج ذره آلفا از هسته اتم اورانيوم بصورت يک هسته اتم هليم و بر جای ماندن اتمی سبکتر از اتم اورانيوم در اورانيوم به ازاء هر خروج ذره آلفا از آن است از کشف آنها نتيجه گيری شد که راديوم تنها عنصر از شرته عناصر حاصل از فعاليت تشعشعی اورانيوم است.

مقدمة تاريخي 

داستان كشف و گسترش انرژي هسته‌اي، كه در مفهوم اين پژوهش انرژي‌اي است كه در اثر شكافت اوارنيم و احتمالاً عناصر سنگين ديگر آزاد مي‌شود، به سال 1311/1932، كه چادويك در آزمايشگاه كاونديش، واقع در كمبريج، نوترون را شناسايي كرد، بر مي‌گردد. 

اين كشف از چند نظر داراي اهميت بود. اولاً، تشريح ساختار اتم به شكل قابل قبول‌تري امكان پذير شد و نشان داده شد كه هر عنصر بخصوص ممكن است چندين ايزوتوپ مختلف، يعني گونه‌هاي مختلفي كه تعداد نوترون‌هاي آنها فرق مي‌كند، داشته باشد. ثانياً، نوترون ذرة جديدي بود كه براي بمباران هستة اتم و ايجاد واكنشهاي مصنوعي در اختيار دانشمندان فيزيك اتمي قرار مي‌گرفت. در سالهاي قبل از آن، دانشمندان براي اين منظور از ذرات پروتون و آلفا (هستة عنصر هليم) استفاده مي‌كردند، اما بلافاصله بعد از كشف نوترون اين دانشمندان، بخصوص دانشمند ايتاليايي فرمي كه در رم كار مي‌كرد، دريافتند كه اين ذره به علت بي‌بار بودن (برخلاف پروتون و ذرة آلفا) آسان‌تر به درون سد پتاسيل هستة اتم نفوذ كرده با آن برهم كنش مي‌كند. 

چند سال بعد، فرمي و همكارانش در رم عناصر طبيعي زيادي را با نوترون بمباران كردند و فرآورده‌هاي واكنشهاي حاصل را مورد مطالعه قرار دادند. در بسياري موارد فرمي دريافت كه ايزوتوپ‌هاي پرتوازي عنصر اصلي توليد مي‌شدند، و وقتي اين ايزوتوپ‌ها  وا مي‌پاشيدند عناصر ديگري، كمي سنگين‌تر از عناصر اصلي است، توليد مي‌شدند. با اين روش اورانيم، سنگين‌ترين عنصر طبيعي، در اثر بمباران با نوترون به عناصر سنگين‌تر فرا اوارنيم، كه به صورت طبيعي روي زمين يافت نمي‌شدند، تبديل شد. در اين برهه، فرمي دو كشف بزرگ ديگر هم صورت داد، يكي اينكه نوترون‌هاي كم انرژي بطور كلي براي توليد واكنشهاي هسته‌اي مؤثرند از نوترون‌هاي پر انرژي هستند، و ديگر

اينكه مؤثرترين راه كند كردن نوترون‌هاي پر انرژي پراكندگيهاي متوالي آنها از عناصر سبك مثل هيدروژن در تركيباتي مثل آب و پارافين است. نقش مهم اين دو كشف در گسترش انرژي هسته‌اي در سالهاي بعد به ثبوت رسيد. 

آزمايشهاي فرمي روي اورانيم توسط دو شيميدان آلماني به نامهاي هان و استراسمن تكرار شد. اين دو نفر در سال 1317/1938 كشف كردند كه يكي از فراورده‌هاي برهم كنش نوترون با اورانيم، باريم است كه عنصري است در ميانة جدول تناوبي. ظاهراً واكنشي رخ داده بود كه در آن هستة سنگين اورانيوم، در اثر بمباران با نوترون، به دو هستة با جرم متوسط تقسيم شده بود. دو فيزيكدان، به نامهاي مايتنر و فريش، با شنيدن خبر اين كشف و بر مبني مدل قطره ـ مايعي هستة اتم توضيحي براي اين فرايند پيدا و محاسبه كردند كه انرژي بسيار زيادي (خيلي بيش از آنچه كه در فرايندهاي شناخته شدة پيش از آن ديده شده بود) از اين فرايند كه نام شكافت بر آن گذاشته شد آزاد مي‌شود. 

جلوه‌هاي مهم ديگري از شكافت در ماههاي بعد كشف شد. 

پيشگفتار:

انسان، اين جزء كوچك جهان هستي، تن بر بستر خاك دارد و جان در هواي پرواز به ملكوت اعلا. از آغاز، زيستگاهش را تنگ يافت و درخواستي فراتر از كيهان داشت.

نه در زيستگاهش آسوده بود و نه توان كوچ به جايگاهي برتر از خاك داشت. از يورش ددان، ترسان بود و از خشم طبيعت بيمناك. اما در دامان طبيعت آزاد بود و دشمن عيان. از ترس گرسنگي به انبان كردن آذوقه پرداخت و از بيم درندگان حصار ساخت. روستاها  شكل گرفت و قبيله ها تشكيل شد. و اين آغاز اسارت انسان بود در زنداني كه تمدنش مي ناميم و امروز در اوج پيشرفت و شكوفايي آن هستيم

نخست قبيله ها به غارت يكديگر پرداختند و كشتار جمعي همنوعان شروع شد. حكومتها شكل گرفتند، مانع يورش قبايل به يكديگر شدند. اما خود به تجاوزاتي گسترده تر پرداختند و خون ريزي ها بيشتر شد. هرچند بهانه ها متفاوت بود، اما انگيزه ها يكي بود، چپاول دارايي ها و بهره كشي از مغلوب. هرگاه مغلوب از پرداخت خراج باز مي ايستاد، به تيغ خشم غالب نزديكتر مي شد

اين سنت شوم در روند تاريخ بر انسان تحميل شد و آسايش و آرامش از زندگاني او رخت بر بست. روزي ديگر قدرتمند ضيعف شد و سرنوشتش از باجگير به خراج پرداز بدل گشت. نه قدرمتدان آرامش و امنيت داشتند نه مردم عادي به آسودگي زندگي سپري مي كردند. تمام اين نگون بختيها زاييده ي تفسير نادرست از تمدن و برداشت غير واقعي از قدرت و عدم شناخت انسان و توانايي ها و نياز هاي واقعي انسان است. اما توضيح و تشريح موارد ياد شده از حوصله ي اين نوشته ي كوتاه خارج است. 

هدف اين نوشته، اشاره اي كوتاه به تمدن و نقش آن در زندگي انسان و حقوق انسانها، مستقل از مليت، نژاد و اعتقادات مذهبي آنها است. در اينجا بدون در نظر داشتن حكومتي خاص و مستقل از هرگونه گرايش ايدئولوژيكي در يكطرف پديده اي به نام تمدن داريم و در طرف ديگر موجودي به نام انسان كه وارث، تداوم بخش و تكميل كننده ي آن است.  بايد ديد اين تمدن (بويژه بخش فناوري آن) چه حقوق و امكاناتي را از انسان امروزي و آيندگان سلب كرده و در قبال آن چه وظايفي دارد و چگونه بايد حقوق پايمال شده ي انسان را جبران كند.

 زمين از آن كيست؟

زمين و تمامي امكانات موجود در آن متعلق به همه موجودات اعم از جاندار و بيجان است. جانداران در بطن  طبيعت بيجان شكل مي گيرند و خود را مالك آن مي پندارند. هرچه را كه نياز و توان تصرف داشته باشند، از آن خود دانسته و به هر نحوي كه تشخيص دهند، مورد بهره برداري قرار مي دهند. جانداران از قوانين تنازع بقا تبعيت مي كنند كه خود ضامن تداوم بقا و تنظيم گونه هاي مختلف حيات است. 

اما در ميان جانداران انسان خود را تافته اي جدا بافته مي داند و با اتكا به كشفيات و فناوري خود، براي رفع نيازهايش هيچ مرزي را رعايت نمي كند. از استخراج معادن گرفته تا تخريب منابع طبيعي، نابودي جنگلها و صيد و شكار بي رويه حيوانات، همه و همه را حق مسلم خود مي پندارد. كوه ها را تخريب كرده و ساختمانهاي بزرگ مي سازد. مسير رودخانه را تغيير مي دهد يا در مقابل آنها موانعي ايجاد مي كند و درياچه هاي مصنوعي مي سازد و گاه زيستگاه برخي موجودات را نابود مي كند تا خود از امكانات بيشري برخوردار گردد

چرخ دنده های ساده

این چرخ دنده ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند. 

چرخدنده هاي ساده در انتقال حرکت در محورهاي موازي بسيار معمول و متداول هستند . اين چرخ دنده ها نيروي شعاعي به ياتاقان وارد مي کنند و دندانه هاي آن مستقيم و با محور چرخدنده موازي هستند و مي توانند داخلي و يا خارجي باشند . در شکل هر دو نوع چرخدنده ي ساده ي داخلي و خارجي نشان داده شده است . يک نوع چرخدنده ي ساده ي خارجي که داراي شعاع بينهايت است نيز در شکل نشان داده شده است که به آن چرخ دنده ي شانه اي گفته مي شود .

در تعداد زیادی از وسایل از این چرخ دنده ها استفاده می شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی، پنکه و … . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می شود. می توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده ها با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می اندازند؟ تازه این برخورد ها در دراز مدت، باعث شکستن دندانه ها می شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده ها در بیشتر اتومبیلها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می کنند.